強相関電子系の光誘起相転移における電子ダイナミクスの実時間観測

实时观察强相关电子系统光致相变中的电子动力学

基本信息

批准号：
15H06130
负责人：
宮本辰也
金额：
$ 0.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-08-28 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15H06130/
关键词：
光物性光誘起相転移超高速現象モット絶縁体

项目摘要

強相関系物質では、光誘起絶縁体―金属転移をはじめとして高効率・超高速の光誘起相転移現象が見出されており、将来の光スイッチングデバイスへの応用が期待されている。学術的にも、光物性や非平衡物理の新しいトピックスとして、近年盛んに研究されている。しかし、通常汎用的に使われている100fsクラスのレーザーを用いた過渡分光では光誘起相転移現象において最も重要な光励起直後の電子系の変化を捉えることはできず、より高い時間分解能の過渡分光測定が求められている。本研究では、非同軸オプティカルパラメトリックアンプ（NOPA）を自作して、それを利用したポンプ―プローブ分光を行うことで、強相関系の光誘起相転移における電子ダイナミクスを解明することを目的とした。自作したNOPAのシグナル光のチャープをチャープミラー対と石英板を利用して補正することで、7fsの時間幅を持つ可視超短パルス光を得ることに成功した。このパルス光を利用した時間分解能10 fsのポンプ―プローブ分光を行うことによって、二次元モット絶縁体である銅酸化物Nd2CuO4の光キャリアダイナミクスの初期過程を調べた。その結果、約18fsの時間スケールで光キャリアが磁気ポーラロンへと変化することが明らかとなった。また、反射率変化には、マグノンに対応するようなコヒーレント振動が観測された。これは、光キャリアの緩和にはマグノンが重要な役割を果たしていることを意味する。さらに、励起光子密度を増大させると金属状態が生成するが、その緩和時間が10fs～40fsであることが分かった。励起光子密度を大きくすると緩和時間が速くなることから、金属状態の緩和はオージェ再結合によるものであると結論づけた。このように、10fsのポンプ―プローブ分光を行うことで、二次元モット絶縁体の光キャリアダイナミクスの初期過程を明らかにしたことが、本研究の成果である。

在密切相关的材料中，已经发现了高效率和超高速度光诱导的相变现象，包括光诱导的绝缘子 - 金属过渡，预计将应用于将来的光学切换设备。近年来，它也被作为光学性质和非平衡物理学的新主题进行了积极研究。但是，通常使用100FS类激光器的瞬时光谱法（通常使用）在光诱导的相变现象中光激发后，无法立即捕获电子系统中最重要的变化，并且需要更高的时间分辨率瞬时光谱测量值。这项研究旨在通过制造非同伴光学参数放大器（NOPA）并使用IT进行泵探针光谱，从而阐明密切相关系统中光诱导的相变的电子动力学。通过使用Chirp镜对和石英板从我自己制造的NOPA中纠正信号灯的鸣叫，我们能够获得可见的超短声脉冲光，其时间宽度为7fs。通过使用这种脉冲光进行10 fs的时间分辨率进行泵探针光谱，研究了二维Mott Mott绝缘子ND2CUO4的光载体动力学的初始过程。结果，揭示了光载体在大约18fs的时间尺度上转变为磁极。此外，在反射率的变化中观察到了与镁元素相对应的相干振动。这意味着镁在减少光载体方面起着重要作用。此外，增加激发光子密度会产生金属状态，松弛时间为10 fs至40 fs。由于增加激发光子密度会导致更快的松弛时间，因此得出结论，金属状态的松弛是由于螺旋螺旋体的重组引起的。这项研究发现是通过在10FS下进行泵探针光谱的二维Mott绝缘体中光载体动力学的初步过程。